ALECTIA A/S Teknikerbyen 34 Tlf.: +45 88 19 10 00 KONTAKTPERSON Christian A. Hviid 2830 Virum Fax: +45 88 19 10 01 Tlf.: +45 22 20 90 03 Denmark www.alectia.com crh@alectia.com
Forord Det er videnskabeligt bevist at evnen til at absorbere, bearbejde og anvende viden er direkte forbundet til kvaliteten af indeklimaet. Det er de danske skolers elever, der skal sikre konkurrenceevnen i fremtiden og vi skylder dem de bedste betingelser for at lære af undervisningen. Energistyrelsen har udgivet denne rapport som led i et større fokus på ventilation og indeklima i skoler. Formålet med rapporten er at få klarlagt hvilke ventilationssystemer der bedst kan integreres i eksisterende klasselokaler, samt hvilke ventilationssystemer der giver den nødvendige luftkvalitet samtidig med der ses på de økonomiske-, vedligeholdelsesmæssige- og æstetiske perspektiver. Lars D. Christoffersen Direktør for DTU Diplom Forhenværende forskningschef ALECTIA Adjungeret professor DTU Rapporten er et værktøj som skal kvalificere kommuner, teknisk forvaltning, skoleledelser, rådgivere og politikere til at få igangsat undersøgelser og forbedringer af ventilationssystemerne og indeklimaet på de eksisterende skoler. 2-137
Indholdsfortegnelse 4.2 Graduering... 28 4.3 Evalueringsparametre... 29 Resumé... 6 Læsevejledning... 7 Afgrænsning... 9 1 Introduktion... 10 2 Baggrund... 11 2.1 Indeklima... 11 2.2 Energiforbrug... 12 2.3 Generelle mindstekrav til ventilationsanlæg i Danmark... 13 2.4 Påkrævet luftmængde... 15 2.5 Definition af velfungerende ventilationsanlæg... 17 3 Anbefaling... 18 3.1 Ventilationsguide... 22 4 Evaluering... 27 4.1 Objektiv evaluering... 27 5 Ventilationsprincipper...34 5.1 Central balanceret mekanisk ventilation... 34 5.2 Decentralt balanceret mekanisk ventilation... 36 5.3 Mekanisk udsugningsventilation... 36 5.4 Mekanisk udsugningsventilation med forvarmning (evt. via varmepumpe)... 37 5.5 Naturlig ventilation med manuelt opluk... 37 5.6 Naturlig ventilation med automatisk vinduesopluk, kombineret tvær- og opdriftsventilation... 38 5.7 Hybrid ventilation... 39 6 Skolebygningstypologier...41 6.1 Landsbyskolen, 1720-1880... 42 6.2 Etageskolen, 1880-1930... 43 6.3 Aulaskolen, 1930-1945... 44 6.4 Kamskolen, 1945-1970... 45 6.5 Åbenplanskole eller Fynsplan skole, 1970-1980... 46 3-137
6.6 Projektarbejdsskolen, 1990-2012... 47 6.7 Opsummering... 48 7 Æstetik... 50 7.1 Synlige installationers æstetik... 50 7.2 Integrerede installationers æstetik... 51 7.3 Usynlige installationers æstetik... 52 7.4 Evaluering af æstetik... 57 8 Indeklimamålinger... 58 8.1 CO 2 -koncentration... 59 8.2 Luftkvalitet... 61 8.3 Temperatur... 63 8.4 Supplerende indeklimakilder... 64 8.5 Evaluering af luftkvalitet... 65 8.6 Evaluering af temperaturer... 67 8.7 Evaluering af køling vha. natventilation... 68 9 Energiforbrug til ventilation... 69 9.1 Elforbrug... 70 9.2 Varmeforbrug... 71 9.3 Samlet energiforbrug... 72 9.4 Evaluering af SEL-værdi... 73 9.5 Evaluering af varmegenvinding... 74 10 Praktiske erfaringer...75 10.1 Interviews... 75 10.2 Central balanceret ventilation... 76 10.3 Decentral balanceret mekanisk ventilation... 80 10.4 Udsugningsventilation... 82 10.5 Udsugningsventilation med forvarmning i facade... 83 10.6 Naturlig ventilation med manuelt vinduesopluk... 84 10.7 Naturlig ventilation med automatisk vinduesopluk, kombineret opdrift- og tværventilation... 86 10.8 Hybrid ventilation... 88 10.9 Evaluering af træk... 92 10.10 Evaluering af støj... 93 10.11 Evaluering af filtrering... 94 10.12 Evaluering af etableringsomkostninger... 95 10.13 Evaluering af vedligeholdelsesomkostninger... 96 4-137
11 Markedsmodenhed... 97 11.1 Central balanceret mekanisk ventilation... 98 11.2 Decentral ventilation... 99 11.3 Udsugningsventilation evt. med forvarmning i facaden... 99 11.4 Naturlig ventilation med automatisk vinduesopluk... 100 11.5 Hybrid ventilation, mixed mode... 100 11.6 Hybrid ventilation, two-mode... 100 11.7 Nye teknologier på det danske marked... 101 Skole D Oprindelig skolebygning... 130 Skole D Genopbygning efter brand... 131 Skole E... 132 Skole E tilbygning til lokaler... 133 Skole F... 134 Skole G... 135 Skole H... 136 Skole I... 137 12 Referencer... 107 12.1 Online kilder... 113 13 Begrebsforklaring... 115 Bilag A - Projektdeltagere... 122 Interviewpersoner... 123 Bilag B - Skolebygninger... 125 Skole A... 127 Skole B... 128 Skole C... 129 5-137
Resumé ALECTIA A/S har for Energistyrelsen foretaget en kortlægning af hvilke ventilationsløsninger, som er velfungerende til renoveringsopgaver i skoler. De undersøgte ventilationsprincipper er overordnet beskrevet sammen med de skolebygningskategorier, som i sidste ende vil have indflydelse på det bedste løsningsvalg. For flere af principperne er indeklimaet blevet målt i et større antal skoler. Målinger kobles sammen med praktiske erfaringer fra pedeller, forvaltninger og bygningsejere. Erfaringer og viden suppleres med udenlandske og indenlandske akademiske kilder. På baggrund af løsningskvalificeringen anbefales tre former for ventilationsprincipper, når alle evalueringsparametrene tages i betragtning og luftkvalitet, energiforbrug og samlede omkostninger er fokusområder. centrale mekaniske ventilationsanlæg decentrale mekaniske ventilationsanlæg two-mode hybrid anlæg, hvor naturlig ventilation om sommeren kombineres med mekanisk ventilation om vinteren Sidstnævnte kræver dog specielle overvejelser omkring træk og støj fra åbentstående vinduer samt den resulterende luftkvalitet. En forkortet udgave af denne rapport findes som praktisk vejledning. 6-137
Læsevejledning Grafisk er rapporten layoutet i to rum. Et rum foroven med tekst og et rum forneden, som anvendes til at placere illustrationer, billeder eller forklarende tekstbokse. For at bryde tekstrummet i mindre bidder er det opdelt i to kolonner. Det er ambitionen, at rapporten i store træk formidler budskabet alene ved illustrationsrummet, og at teksten skal fungere sekundært. Rapporten er inddelt i en rækkefølge, som starter med at give baggrund (kapitel 2) - herunder definitionen af et velfungerende ventilationssystem - og den endelige anbefaling af det/de bedst egnede ventilationssystemer i kombination med den pågældende skolebygning (kapitel 3). Med andre ord bringes konklusionen som noget af det første. Analyserne starter derefter med evalueringskriterier (kapitel 4) og en beskrivelse af de undersøgte ventilationsprincipper (kapitel 5) samt en analyse af de eksisterende skolebygningskategorier, hvor ventilationssystemerne skal implementeres (kapitel 6). I forbindelse med skolebygningstypologierne behandles æstetikken i kapitel 7. Dernæst følger analyserne af indeklimaet (kapitel 8), af det registrerede energiforbrug (kapitel 9) samt den indsamlede praksiserfaring for forskellige systemer (kapitel 10). Figur 1 Rapportstruktur. Rapporten indeholder tre hovedemner: praksiserfaringer, målinger og æstetikvurdering. Dertil kommer nogle hjælpeafsnit såsom ventilationsprincipbeskrivelser og beskrivelser af skolebygningstypologier. 7-137
Analyserne anvendes sammen med en æstetisk vurdering (kapitel 7). Alle opgivne priser er estimerede og ekskl. moms. Til slut afrundes med en vurdering af markedsmodenhed, dels på de undersøgte systemer i rapporten, dels på nye teknologier på det danske marked (kapitel 11). Generelt i rapporten betegner termen ventilation udskiftning af brugt luft og tilvejebringelse af frisk luft i et lokale. Ventilationsprincip betegner metoderne, hvormed luften kan udskiftes. Principperne kan være med forceret luftmængde eller med naturligt drevet luftmængde eller blandinger. Ventilationsanlæg betegner generelt mekaniske balancerede ventilationssystemer. Bagerst i rapporten er indsat en ordforklaring (kapitel 13) samt bilag. 8-137
Afgrænsning Skolerenovering er et meget stort felt, som kræver at de involverede aktører tænker i helheder for at det bedste resultat opnås. Denne rapport præsenterer ikke en helhedsorienteret design- eller renoveringsstrategi, men repræsenterer et fagligt input til den helhedsorienterede designproces som skoleledelse, rådgivere, teknisk forvaltning og entreprenører kan benytte sig af. Skoler omfatter, udover klasselokaler, typisk også en række andre lokaler, herunder kontorer, faglokaler, sportshaller, gangarealer, kantiner etc. I rapporten fokuseres hovedsageligt på de ventilationstekniske aspekter i forbindelse med renoveringer af klasselokaler. For andre lokaler er ventilationsforholdene meget anderledes end for et klasselokale og de kræver ofte helt specielle overvejelser. Med ventilationstekniske aspekter forstås indbygning, føringsveje, fleksibilitet, energiforbrug, pris, vedligehold og indeklima i relation til nogle generaliserede skolebygningskategorier. Selvom rapportens fokus ligger på renovering er der ingen hindring for at analyserne ikke også kan anvendes i overvejelserne omkring nybyg. Figur 2 Fritliggende fagfløj (t.v.) for Science, Skovgårdskolen Gentofte. 9-137
1 Introduktion Dybe rum og lavt til loftet. Det er karakteristiske kendetegn som går igen i meget skolebyggeri. Luftkvaliteten afhænger dermed helt af et velfungerende ventilationsanlæg. I opgaven indgår også idéer og anbefalinger af fremtidige løsninger og teknikker, som kan forudses at få væsentlige markedsdele og derigennem at vurdere behovet for yderligere udvikling. Energistyrelsen ønsker et katalog over velfungerende ventilationsløsninger til renovering i eksisterende skoler. I opgaven indgår en kortlægning af eksisterende viden, analyse og kvalificering af forskellige løsninger samt konkret anbefaling af de løsninger, som bedst opfylder en række kriterier, så som indeklima, energiforbrug, omkostninger og æstetik. Figur 3 Halloween forberedelse, Rytterskolen i St. Rørbæk. I dag forsamlingshus i Frederikssund kommune. 10-137
2 Baggrund Ventilationsforholdene på en tredjedel af de danske skoler opfylder ikke bygningsreglementets krav til frisk luft. Det giver tit hovedpine, irriterede slimhinder, træthed og koncentrationsbesvær. 2.1 Indeklima Baseret på en stor nordisk undersøgelse i 2009 (Masseeksperiment, 2009) er mere end 50 % af skoleeleverne i de danske folkeskoler udsat for et dårligt indeklima. Det kommer til udtryk ved for høje koncentrationer af CO 2. Kuldioxiden genereres via skoleelevernes stofskifte og høje koncentrationer i indeluften indikerer utilstrækkeligt luftskifte. Lavere luftskifte medfører generelt højere koncentrationer af mange andre forureninger i indeluften, men CO 2 er ikke i sig selv en forurening. I Masseeksperimentet (2009) er der registreret værdier på helt op til 4000 ppm. Til sammenligning opererer Arbejdstilsynet med en grænseværdi for påbud på 0,2 % (svarer til 2499 ppm) og betragter godt indeklima som max. 1000 ppm i kontormiljøer. Dataindsamlingen fra 2009 giver et godt grundlag til at sammenligne danske skoler med skoler fra de lande, vi normalt sammenligner os med. Figur 4 og Figur 5 viser det totale billede for alle skoler, der deltog (ca. 13 % af landets skoler). Figur 4 Temperaturniveau i forskellige skoler. Den ideelle temperatur (20-22 C) afhænger reelt af elevernes påklædning. (Kun) om sommeren kan tillades op til 26 C. Kilde: Masseeksperiment (2009) Figur 5 Luftkvalitet målt ved CO 2-indhold i forskellige skoler. Kilde: Masseeksperiment (2009) 11-137
Figur 4 viser, at det termiske indeklima i størstedelen af skolerne ligger uden for idealtemperaturen i den målte periode, og at luftkvaliteten kan betegnes som uacceptabel i mere end halvdelen af skolerne. Lignende undersøgelser er også udført i Sverige og Norge med væsentligt mindre CO 2 niveauer, hvilket ganske simpelt skyldes højere ventilationsrater i lokalet. International Centre for Indoor Environment and Energy (ICIEE) fra DTU har gennemført detaljerede indeklimamålinger over længere perioder, som dokumenterer indeklimakvaliteten på 85 skoler. Disse langtidsmålinger med 2 ugers varighed støtter konklusionen fra korttidsmålingerne (øjebliksmålinger) foretaget i indeklimaundersøgelsen i 2009. En anden undersøgelse af ICIEE indikerer, at fordobling af ventilationsrater (som resulterer i mindre koncentration af forureninger) forøger præstationen på de typiske skoleopgaver med op til 15 % (Wargocki & Wyon, 2006). Skolerne har altså ofte et arbejdsmiljø, hvor elever og lærere hver dag skal yde en optimal indsats i utilstrækkeligt ventilerede lokaler, som, målt på CO 2 -niveau, drastisk overskrider Arbejdstilsynets anbefalede grænser og som dermed koster op til 15 % af indlæringen. 2.2 Energiforbrug Ud over problemer med indeklimakvaliteten, har mange skoler også unødvendigt høje energiomkostninger, se Figur 6 og Figur 7. Det Figur 6 Kumuleret, målt varmeforbrug i danske skoler (Gunnarsen et al., 2001). En ny skole opført efter BR10 vil have et varmeforbrug under 40 kwh/m 2 pr. år. Figur 7 Kumuleret, målt elforbrug i danske skoler (Gunnarsen et al., 2001). En ny skole opført efter BR10 med central mekanisk ventilation vil have et elforbrug til ventilation og belysning på 14 kwh/m 2 pr. år. IT og diverse bidrager med yderligere 16 kwh/m 2 (tal er beregnet som gennemsnit af 7 skoler i Gunnarsen et al. (2001)). Det samlede elforbrug er 30 kwh/m 2 pr. år. 12-137
unødvendige ligger i, at energiomkostningerne kan reduceres væsentligt med tiltag, der giver rentable energibesparelser med det samme. Energirenoveringer kan derfor meget hurtigt frigøre midler i skolernes driftsbudget midler, der kan bruges til at forbedre skolernes kerneaktiviteter. 2.3 Generelle mindstekrav til ventilationsanlæg i Danmark I Bygningsreglementet 2010 (BR10) er specificeret både generelle og specifikke krav til ventilationsanlæg. For læserens skyld nævner vi de mest betydende krav til ventilationsanlæg her, så det er lettere at perspektivere rapportens resultater. Udover kravene indeholder bygningsreglementet en vejledningstekst og referencer til en række normer og standarder. Både vejledning og normer betragtes i praksis ofte som gældende lovgivning, men det ligger uden for rapportens rækkevidde at beskrive disse krav i detaljer. I BR10 er specificeret to lavenergiklasser, benævnt 2015 og 2020. Det forventes, at disse lavenergiklasser konverteres til gældende Bygningsreglement i år 2015 og 2020 henholdsvis. Kravet i 2020 forventes dog at træde i kraft for offentlige bygninger, fx kommunale skoler, allerede i 2018. DER FINDES IKKE DÅRLIGE VENTILATIONSSYSTEMER DER FINDES DÅRLIG OVERENSSTEMMELSE MELLEM FORVENTET OG REEL PERFORMANCE DÅRLIG OVERENSSTEMMELSE MELLEM FORVENTET OG REEL PER- FORMANCE KAN SKYLDES: dårligt design (uddannelse af designer er nødvendig) dårlig installationsudførelse (uddannelse af montør er nødvendig) mangelfuld testperiode (bør fremgå af tidsplanen) mangelfuld overlevering (bør fremgå af kontrakten) dårlig drift og styring (opkvalificering af personel) dårligt vedligehold (procedure fastlægges) ENHEDEN PPM BETYDER 1 UD AF EN MILLION. I EN KUBIKMETER LUFT KAN DER VÆRE 1 MILLI- ON SPILLETERNINGER. 1000 PPM BETYDER AT DE 1000 ER FYLDT MED REN CO 2. 13-137
Et generelt gældende krav for BR10 er: Kap 8.3 stk. 5 Ventilationssystemer skal renses, drives og vedligeholdes, så de holdes i en teknisk og hygiejnisk forsvarlig stand. Ved benyttelse af særlige byggetekniske tiltag, som f.eks. større rumvoluminer pr. person, brug af flere udluftningsmuligheder, herunder muligheder for tværventilation, kan kravet om mekanisk ventilation fraviges under forudsætning af, at der kan opretholdes et sundhedsmæssigt tilfredsstillende indeklima. Kap 8.3 stk. 9 De specifikke krav for BR10 lyder: Kap 6.3.1.3 stk. 2 Undervisningsrum i skoler og lignende skal ventileres med et ventilationsanlæg, der omfatter såvel indblæsning som udsugning og varmegenvinding. For ventilationsanlæg med konstant luftydelse må elforbruget til lufttransport ikke overstige 1800 J/m³ udeluft. For anlæg med variabel luftydelse må elforbruget til lufttransport ikke overstige 2100 J/m³ udeluft ved maksimal ydelse og tryktab. Tabel 1 Opsummering af Bygningsreglementets (BR10, 2012) mindstekrav til ventilation i skoler gennem tiden. BR82 BR95 BR08 BR10 Energikl. 2015 Energikl. 2020 SEL-værdi, CAV - 2500 J/m 3 2100 J/m 3 1800 J/m 3 1800 J/m 3 1500 J/m 3 SEL-værdi, VAV - 3200 J/m 3 2500 J/m 3 2100 J/m 3 2100 J/m 3 1500 J/m 3 SEL-værdi, udsugning - - 1000 J/m 3 800 J/m 3 800 J/m 3 800 J/m 3 Mindste varmegenvinding Eff. genvinding Eff. genvinding 65 % (kun mek) 70 % (kun mek) 70 % (kun mek) 75 % (kun mek) Lufttæthed ved 50 Pa - - 1,5 l/s pr. m 2 1,5 l/s pr. m 2 1,0 l/s pr. m 2 0,5 l/s pr. m 2 Ventilationskrav i skoler og institutioner - 5 l/s pr. pers. + 0,4 l/s pr. m 2 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 eller 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 eller 900 ppm CO 2 1500 ppm CO 2 1500 ppm CO 2 Termisk indeklima Ingen spec. krav Ingen spec. krav Ingen spec. krav Ingen spec. krav Få timer >26 C Få timer >26 C 14-137
For udsugningsanlæg uden mekanisk udelufttilførsel må det specifikke elforbrug til lufttransport ikke overstige 800 J/m³. Kap 8.3 stk. 6 Ventilationsanlæg skal udføres med varmegenvinding med en temperaturvirkningsgrad på mindst 70 %. Bestemmelser specielt gældende for bygningsklasse 2020: Kap 7.2.5.1 stk. 8 Ventilationsanlæg skal udføres med varmegenvinding med en tør temperaturvirkningsgrad på mindst 75 %. Kap 7.2.5.1 stk. 9 Specifikt elforbrug til ventilation må ikke overstige 1.500 J/m³. Kap 7.2.5.1 stk. 11 I kontorer, skoler og institutioner skal det sikres, at indeluftens CO 2 indhold ikke overstiger 900 ppm i længere perioder. 2.4 Påkrævet luftmængde Den krævede luftmængde til et normalklasselokale er specificeret i BR10: CO2 [ppm] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 BR10 luftkvalitet BR10 CO2-krav Antal personer 60 50 40 30 20 10 200 0 0 1 2 3 4 5 6 Timer Figur 8 Udviklingen af CO 2-koncentrationen i klasselokale beregnet med ventilationskravet i BR10 (6 l/s pr. pers). Lektionernes varighed er 45 min. med 10 min. pauser Antal personer BYGNINGSREGLEMENTETS KRAV TIL VENTILATION AF KLASSELOKALER ER 5 L/S PER PERSON + 0,35 L/S PER M 2. SAMTIDIG MÅ CO 2 -KONCENTRATIONEN IKKE OVERSTIGE 0,1 % I LÆNGERE PERIODER, MEN DER GODTAGES KORT- VARIGE OVERSKRIDELSER I LØBET AF DAGEN. 0,1% CO 2 KAN TOLKES SOM BÅDE 1000 PPM og 1500 PPM (reelt: 1499) I PRAKSIS ER DEN FØRSTE TOLKNING (1000 PPM) OFTE DEN DIMENSIONSGIVENDE. VED EFTERVISNING MED MÅLINGER TILLADES OP TIL 1500 PPM 15-137
Kap 6.3.1.3 stk. 2 Indblæsningen med udeluft og udsugningen skal i normalklasserum være mindst 5 l/s pr. pers., samt 0,35 l/s pr. m² gulv, samtidig skal det sikres, at CO 2 indholdet i indeluften ikke i længere perioder overstiger 0,1 % CO 2. Bemærk at 0,1 % CO 2 kan tolkes som 1500 ppm (reelt: 1499). Se i øvrigt tekstboks i afsnit 2.3. Størrelsen af et normalklasselokale er angivet i BR10: Kap 3.4.2 stk. 2 Normalklasserum i skoler og lignende skal, når der etableres effektiv ventilation, have et rumindhold på mindst 6 m 3 pr. pers. I Tabel 2 beregnes den påkrævede luftmængde efter BR10 og BR20 i et omtrentligt normalklasselokale med henholdsvis 21 (svarer til gennemsnit af skoler i kapitel 8 Indeklimamålinger) eller 28 elever og 1 klasselærer (Klassekvotienter i grundskolen, 2011, 2012). Aktivitetsniveau er lidt mere end stillesiddende: 1,2 Met. Lokalets gulvareal er 60 m 2 med en rumhøjde på 3,0 m, hvilket giver et rumindhold på 6,2-8,2 m 3 pr. pers., lidt højere end BR10-krav til nybyggeri. Lokaledimensionerne svarer til gennemsnittet af skolerne i kapitel 7. Til sammenligning er nogle nabolandes ventilationskrav opstillet i Tabel 3. Danmark ligger p.t. blandt de nederste, men hvis 2020 kravene bliver gennemført i deres nuværende form, vil vi ligge i toppen. Tabel 2 Ventilationsmængder udregnet efter forskellige krav. Luftmængden under termisk komfortkrav er påkrævet for at fjerne elevernes varmeafgivelse og kræver mindst 6 C forskel mellem inde- og udetemperatur, dvs. andre tiltag, fx natventilation er nødvendige om sommeren. 21 elever + 1 lærer Luftmængde m 3 /h Luftskifte gange i timen (volume: 180 m 3 ) Luftmængde pr. m 2 (60 m 2 ) Luftmængde pr. pers. (22 pers.) BR10/BR15 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 470 m 3 /h 2,6 h -1 2,2 l/s pr. m 2 6,0 l/s pr. pers. BR20 Under 900 ppm 840 m3/h 4,6 h -1 3,9 l/s pr. m 2 10,6 l/s pr. pers. Termisk komfort Mulig op til en udetemp. på 18 C 1120 m 3 /h 6,2 h -1 5,2 l/s pr. m 2 14,1 l/s pr. pers. 28 elever + 1 lærer Luftmængde m 3 /h Luftskifte gange i timen (volume: 180 m 3 ) Luftmængde pr. m 2 (60 m 2 ) Luftmængde pr. pers. (29 pers.) BR10/BR15 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 600 m 3 /h 3,3 h -1 2,8 l/s pr. m 2 5,7 l/s pr. pers. BR20 Under 900 ppm 1130 m 3 /h 6,3 h -1 5,2 l/s pr. m 2 10,8 l/s pr. pers. Termisk komfort Mulig op til en udetemp. på 18 C 1380 m 3 /h 7,7 h -1 6,4 l/s pr. m 2 13,2 l/s pr. pers. 16-137
2.5 Definition af velfungerende ventilationsanlæg Det primære formål med at etablere ventilation i skoler er at sikre luftkvaliteten. Det sekundære formål er at sikre det termiske indeklima mod for stor overophedning. Et nyinstalleret ventilationsanlæg må forventes at have en ydeevne som mindst svarer til lovkrav og nyeste normer/standarder. Det gælder korrekt luftmængde med god ventilationseffektivitet, lavt støjniveau og lavt varme- og elforbrug. Et velfungerende ventilationssystem defineres som et anlæg, som overholder mindstekravene. Have evnen til at sikre luftkvaliteten, her målt som CO 2 -niveau Bidrage til opretholdelse af den termiske komfort, f.eks. ved at undgå træk (fortrinsvist et problem i kolde perioder) og temperere lokalet med natventilation i varme perioder Have lavt støjniveau Systemet skal kunne yde som nævnt under forudsætning af at: Energiforbruget er lavt Anlægsomkostningerne er rimelige Serviceomkostningerne er rimelige Et velfungerende ventilationssystem bør i renoverede skoler: Tabel 3 Krævede ventilationsrater i klasselokaler i andre lande. Danmark, BR10 Danmark, BR20 Sverige Norge Holland Belgien Formelt ventilationskrav 5 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 900 ppm 7 l/s pr. pers. + 7 l/s pr. pers. + 0,35 l/s pr. m 2 0,7 l/s pr. m 2 8,5 l/s pr. pers. 6,1 l/s pr. pers. Omregnet til l/s pr. pers 6,0 l/s pr. pers. 10,6 l/s pr. pers. 8,0 l/s pr. pers. 8,9 l/s pr. pers. 8,5 l/s pr. pers. 6,1 l/s pr. pers. 17-137
3 Anbefaling I kapitel 4 er det beskrevet, hvordan ventilationsprincipperne evalueres på baggrund af de opstillede kriterier. Begrundelsen for evalueringsgradueringen er et resultat af de analyser, som den samlede rapport repræsenterer. På baggrund af gradueringen mellem forskellige principper, kan de enkelte principper sammenlignes på et transparent og formelt grundlag. Tabel 4 opsummerer evalueringsparametrene med angivelse af hvilke kriterier, der foranlediger graduering mellem fremragende, acceptabel og uacceptabel performance. Tabel 5 viser rapportens hovedresultat, hvor de analyserede ventilationsprincipper er tildelt en graduering på de forskellige evalueringsparametre. Mørkegrøn markerer fremragende performance, lysegrøn acceptabel og skraveret rød uacceptabel performance. Sidstnævnte bunder i minimumskrav, som et velfungerende ventilationssystem, jf. afsnit 2.5, side 17, må forventes at kunne opfylde. Uacceptabel performance tildeles, hvis rapportens analyser problematiserer eller sandsynliggør at det pågældende ventilationsprincip reelt performer under niveau i virkelige klasseundervisningslokaler. Parametrene er ikke vægtet på nogen måde. Det overlades til læseren, hvis vedkommende synes at nogle parametre skal tillægges større vigtighed end andre. Her præsenteres evalueringsparametrene Tabel 4 Opsummering af evalueringskriterier med tre gradueringsniveuer. Uacceptabelt Acceptabelt Fremragende Luftkvalitet, CO 2 Over 1500 ppm 1000-1500 ppm Under 1000 ppm Temperatur Jævnligt udenfor 20-26 C Indenfor 20-26 C 20-23 C Køling vha. natventilation - Evt. mulighed for natventilation Natventilation indbygget Træk Forekommer Lav risiko Forekommer ikke Støj, teknisk (trafik) Større end 30 (33) db(a) 27-30 (30-33) db(a) Under 27 (30) db(a) Æstetik - (Meget) synlig Integreret eller usynlig Filtrering - Evt. mulighed for filter Filterklasse F7 Specifikt elforbrug, SEL Over 2100 J/m 2 1000-2100 J/m 2 Under 1000 J/m 2 Varmegenvinding Mindre end 70 % 70-85 % Højere end 85 % Etablering - Central mekanisk ventilation 30 % billigere Vedligehold - Central mekanisk ventilation 30 % billigere 18-137
ligeværdigt, fordi alle er særdeles relevante for ethvert velfungerende ventilationsprincip til klasselokaler. Hovedkonklusionen at centrale eller decentrale balancerede mekaniske ventilationsanlæg, som via CO 2 og temperatursensorer styres efter behovet i de enkelte klasselokaler, må betragtes som de to principper, som tilfredsstiller flest evalueringsparametre med størst margen og som har den bedste markedsmodenhed. Hybrid ventilation, hvor automatisk styret naturlig og mekanisk ventilation kombineres, performer også fremragende på mange parametre. Two-mode hybrid er en kombination af det bedste fra begge verdener, og det er forfatternes opfattelse, at denne type har det største potentiale til at sikre maksimal brugertilfredshed for mindst muligt energiforbrug. P.t. kræves dog nogle specifikke overvejelser, som er relateret til sommerdriften: træk fra vinduerne forekommer også om sommeren filtrering af udeluft for specielt pollen støj fra gående/kørende trafik åbentstående vinduer om natten, af hensyn til nedkølingen af bygningen, inviterer til indbrud eller hærværk Desuden er markedsmoden driftsstyring kun i sin vorden, se dog afsnit 11.7.6. 19-137
Med hensyn til energiforbruget er det uddybet på Figur 9, som viser det samlede energiforbrug til ventilation for et klasselokale for alle ventilationsprincipperne. Central mekanisk har et lavt energiforbrug (SEL: 1500, varmegenvinding: 85%), mens varmetabet ved systemer uden varmegenvinding er ganske betydeligt. Selvfølgelig under forudsætning af at alle systemer yder den samme luftkvalitet. Naturlig ventilation med manuelt vinduesopluk skiller sig ud, for selvom det er billigt at etablere og servicere, siger målinger og praktisk og akademisk erfaring, at det ikke kan yde tilfredsstillende på seks vigtige parametre: luftkvalitet, temperatur, natventilation, træk, støj og varmegenvinding. Selv naturlig tværventilation med automatisk styring, som er billigt at etablere, har svært ved at opnå det rigtige luftskifte uden at generere brugerne med træk i og imellem timerne. Hvis man omvendt har midler til at designe sit klasselokale, så krav til rumdimensioner og åbningsplacering følger alle retningslinier, så er tværventilation acceptabelt på flere parametre. Elbesparelsen ved den manglende ventilator kan dog ikke helt opveje varmetabet, som opstår uden varmegenvinding, se Figur 9 side 20. Princippet bør dog ikke anvendes i områder med dårlig udeluftkvalitet, såsom i bycentrum eller tæt på intensivt trafikerede veje. Trafik nødvendiggør også specielle overvejelser vedr. støjgener og støjløsninger. Primærenergi [kwh/m2] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 El Varme Figur 9 Overslag over årligt varme- og elforbrug i et klasselokale fra 1970 erne med nye vinduer og ved forskellige ventilationsprincipper. Simuleret med idbuild (www.idbuild.dk). El og varme er vejet samme iflg. BR10 med varmefaktoren 1,0, og elfaktoren 2,5. VP: varmepumpe. Forudsætninger i afsnit 9.3, side 72. Luftmængde: 2,2 l/s pr. m 2 (se Tabel 2). Brugstid 8-14 20-137
Tabel 5 Evaluering af de forskellige principper til ventilation af klasselokaler ift. de opstillede kriterier. Klassifikationen bygger på de analyser, som den samlede rapport repræsenterer, dvs. målinger, praktiske erfaringer og fremtidige forventninger. Mørkegrøn markerer fremragende performance, lysegrøn acceptabel performance, mens skraveret rød markerer uacceptabel performance. Hvid markerer ej relevant. Luftkvalitet, CO 2 Temperatur Central mekanisk Decentral mekanisk Mekanisk udsugning a Mek. udsugn. m. forvarm. via varmepumpe Naturlig manuel Naturlig auto., tværvent. Hybrid, mixedmode Hybrid, twomode Køling vha. natventilation Træk b b Støj teknik/trafik c c c Æstetik Filtrering d d d d e Specifikt elforbrug, SEL Varmegenvinding f f f f Etablering Vedligehold a) Mek. udsug overholder erfaringsmæssigt kun CO2-kravet, ikke det strammere 5l/s per pers.+ 0,35 l/s per m 2 krav i BR10 b) Uden specielle tiltag vil træk forekomme. Trækrisikoen skal i hvert konkret tilfælde evalueres med detaljerede simuleringer af luftstrømningerne i rummet c) Acceptabel performance forudsætter lydsluser (se afsnit 11.7.7), hvis facadeåbningerne er placeret ud til kørende trafik. I praksis kræver gående trafik (skolegårde) lignende støjreducerende overvejelser d) For ventilationsprincipper med facadeåbninger er filtrering af udeluft ikke et lovkrav e) Hybrid two-mode benytter sig om sommeren af facadeåbninger, men størstedelen af året filtreres luften i det mekaniske anlæg, derfor acceptabel performance f) Varmegenvinding er ikke lovkrav i de pågældende ventilationsprincipper 21-137
3.1 Ventilationsguide Ovenstående evaluering dækker de fleste aspekter omkring ventilation i klasselokaler, bortset fra et aspekt: bygningens konstruktionsmæssige karakteristika, som har stor betydning i renoveringsprojekter. bærende elementer. I dette tilfælde vil en anden løsning være et bedre valg. I Tabel 6 præsenteres en designguide til valg af ventilationsløsning ud fra nogle bygningskarakteristika. Skolebygningens udformning, og især konstruktive princip, er ofte udslagsgivende, når den optimale ventilationsløsning skal anbefales til en given eksisterende bygning, fordi implementeringen vil medføre ændringer i og af bygningen i et vist omfang. Ændringer, som kompromitterer det konstruktive princip er dyre at foretage. Det er f.eks. dyrt, sågar umuligt at installere et centralt balanceret ventilationsanlæg i en bygning med tunge bærende indre vægge. Etableringsomkostningen vil være proportionel med antallet af perforeringer i de. 20 års service & vedligehold [kr/m2] 2500 2000 1500 1000 500 0 Service Etablering Figur 10 Opsummering af etablerings- og vedligeholdelsesomkostninger over en 20 års periode. 22-137